Секстан (Секстант) – прилад астрономічної навігації.

Для вирішення навігаційних завдань широке застосування знаходить винайдений ще у XVIII ст. секстан. З одного боку, він використовується для прямого виміру вертикального кута між горизонтом і вибраним для визначення місцезнаходження судна небесним тілом, а з іншого боку - для вимірювання горизонтального кута під час вирішення наземних навігаційних завдань. Якщо, наприклад, пеленгується Сонце, штурман за допомогою телескопа завдяки маленькому, до половини прозорому дзеркалу, спочатку нівелює горизонт. Потім він повертає велике дзеркало з алідадою доти, доки отримає на проекції нижній край Сонця, промені якого, відбиваючись від великого дзеркала до маленького, з допомогою телескопа стають видимими для штурмана. За градусною шкалою лімба він визначає миттєву висоту Сонця над горизонтом у градусах. Відстань до зеніту Сонця обчислюється як різницю між висотою зеніту, яка завжди становить 90°, та виміряною висотою.

Секстан

1 - зенітна відстань; 2 - висота зеніту 90 °; 3 - велике дзеркала; 4 - телескоп; 5 - лімб; 6 - алідада; 7 маленьке дзеркало; 8 - висота.

Велике значення для визначення місцезнаходження судна має кут зенітної відстані, оскільки він збігається з кутом у центрі Землі, що виходить між точкою спостереження та так званою точкою зображення. Точка зображення є місцем на поверхні Землі, в якому вона перетинається з уявною сполучною лінією центр Землі — небесне тіло. На Землі завжди можна знайти таку точку, стосовно якої небесне тіло буде точно перпендикулярно, тобто.мати висоту 90°, відповідно зенітну відстань 0°. Від будь-якої іншої точки, якщо дивитися з денної сторони Землі, Сонце в залежності від пори року та доби має певну зенітну відстань, яку, як і точку зображення, можна визначити за Морським астрономічним щорічником. Якщо, наприклад, штурман шляхом на Кубу в Атлантичному океані за допомогою секстану бере пеленг Сонця і отримує щодо свого місцезнаходження зенітну відстань 25°36', то, враховуючи, що кожній кутовій хвилині на великому колі поверхні Землі відповідає відстань в 1 морську милю, він може визначити, що знаходиться на колі радіусом 25X60 = 1536 морських миль. Для встановлення місцезнаходження судна на цьому колі, яке завдяки своєму діаметру в місці спостереження має вигляд прямої лінії, штурман вибирає передбачувану точку, поблизу якої, як він розраховує, знаходиться судно. За морськими (навігаційними) таблицями він визначає, що точка зображення знаходиться від передбачуваної в північному напрямку під кутом 112 °. Під цим кутом штурман проводить пряму через точку передбачуваного місцезнаходження корабля до точки зображення, яка є радіусом перпендикулярним до кола передбачуваного, а також істинного місцезнаходження. Однак перпендикулярними до лінії під кутом 112 є прямі передбачуваного і істинного місцезнаходження судна. По навігаційним таблицям можна визначити, що Сонце на час спостереження має у передбачуваному місці зенітну відстань 25°48', т.к. е. на 12° більше, ніж у місці спостереження. Таким чином, судно виявляється на 12 миль ближче до точки зображення, ніж передбачалося.

Визначення місцезнаходження по Сонцю

1 - зеніт передбачуваного місця; 2 - зеніт місця спостереження; 3 - зенітна відстань у передбачуваному місці; 4 - зенітна відстань у місці спостереження; 5 - пеленг точки зображення; 6 - точка зображення; 7 - сонячні промені; 8 - коло місця спостереження; 9 - коло передбачуваного місця; 10 - центр Землі; 11 - точка спостереження; 12 - зенітна відстань, передбачуване місце - точка спостереження; 13 - передбачуване місце; 14 - напрямок на Північ.

Пристрій секстанту та правила використання

У давнину не було навіть уявлення про супутників, які постійно перебувають над Землею, що передають сигнали знаходження об'єктів, Але людям необхідні були механізми для визначення орієнтирів руху. Численні посібники, підручники, посібники з навігації описують їх технічні характеристики, як використовувати секстант та інші засоби вимірювання.

Історія створення

Перша згадка про примітивні прообрази такого кутомірного засобу вимірювання зустрічається у старовинних манускриптах, що розповідають про подорожі, відкриття нових країн, зірок, мореплавання.

Через свій пристрій інструмент отримав назву "sextans" (переклад з латинського означає шостий).

Спочатку було винайдено компас визначення напрямку руху. За допомогою годинника вираховували довготу, астролябії — широту, але вони не давали точних результатів.

Вчені багатьох країн займалися удосконаленням кутомірних виробів. Але історія зберегла лише два імені тих, хто винайшов секстант одночасно, використовуючи науковий потенціал того часу. Це Джон Хедлі з Англії, Томас Годфріс зі США.

Незалежно один від одного в 30-ті роки XVIII століття вони розробили структуру октанта, скоротивши шкалу вимірювання до одного восьмого кола, а капітан Камбел в 1757 удосконалив виріб, зменшивши лімб до шостої частини кола.

Цей виріб стали називати морським секстаном, який став прабатьком сучасних кутомірних інструментів для навігації.

Принцип його дії, як попереднього октанта, заснований на принципі подвійного відображення, винайденим у 1699 Ісааком Ньютоном.

Відбивна оптична система, що складається з двох дзеркальних поверхонь або призм, дозволяє швидко, точно виконувати кутові вимірювання.

Різні моделі відрізняються:

• будовою рами,
• алідадою з віссю,
• відліковим пристроєм.

Спочатку використовували лише верньєр – платівку, де розподіли були коротшими, ніж на головній шкалі лімба. Сучасні виробники оснащують вироби мікрометричними гвинтами, відліковими барабанами, зубчастими рейками.

Ці моделі дозволяють здійснювати кутовий відлік кута швидше, але вимагають спеціальної методики спостережень більш ретельного догляду.

Сьогодні для кораблів морського флоту випускають моделі приладів зі штучним горизонтом ІМС, ІМС, вироби СНТ, СНВ-2М, СНВ-М, перископічні, новітню конструкцію з освітлювачем секстанту СНВ-Т тропікостійкого варіанту.

Деякі морські судна оснащуються німецькими моделями VEB та «Плат».

Відмінна риса секстанта в тому, що за його допомогою висота небесних об'єктів вимірюється по відношенню до горизонту, а не по відношенню до конструкції засобу вимірювання. Це дає більш точні координати, ніж попередні кутоміри.

Астрономічний інструмент

Потреба орієнтування у людства зростала разом із освоєнням тваринництва, землеробства, мореплавання. Для цього люди вивчали рух зірок, Сонця та Місяця, створювали механізми систематизації світил та планет.

З виникненням екліптики, розбитої на 12 частин, з'явилися назви сузір'їв, що формуються, і створювалися центри, подібні до обсерваторії Улугбека в Самарканді, які оснащувалися астрономічними інструментами:

• гномоном,
• армілярною сферою,
• вольвелами.
• астролябією,
• хронометром,
• квадрантом,
• октантом.

Від квадранта і октанта прилад секстант відрізняється тим, що у нього 6 часток кола, а не 4 і 8 відповідно. В іншому принцип вимірювання цими кутомірами однаковий.

За конструкцією найдавніші засоби виміру являли собою дугу, розділену на одноградусні поділу для визначення становища планет.

Східний математик та астроном Аль-Худжанді у IX – X столітті створив один із найбільших інструментів.

Він був фрескою, розташованою на 60-градусному відрізку дуги довжиною 43 метри всередині будівлі. Кожен одноградусний поділ був ювелірно точно розділений на 360 частин. Над дугою розташовувалась стеля у вигляді купола з отвором посередині, через яке промені сонця потрапляли на давній кутомір.

Пристрій

Конструктивно прилад складається з

• рами,
• лімба,
• алідади,
• зорової трубки,
• великого та малого дзеркала,
• світлофільтрів,
• лупи,
• важелів затиску алідади,
• відлікового елемента,
• гвинтів для виправлень вимірювань.

Деталі циферблат секстанта змонтовані на рамі. Лімб утворений двома радіусами, дугою. Дзеркало меншого розміру з прозорою половиною та світлофільтри міцно змонтовані на радіусі зліва.

На вершині рами змонтований радіус, що рухається, званий алідадою. На його одному кінці закріплено дзеркало великого розміру, а на іншому – відліковий пристрій, розділений на 60-хвилинні частинки. Візирна трубка прикріплена до спеціальної стійки.

Принцип отримання координат, використовуючи пристрій секстанта, залишився таким самим, як у минулі століття. Конструкція на поверхні одного дзеркала спускає Сонце до лінії горизонту, що видно на поверхні іншого дзеркала, і вказує кутове відхилення відлікової деталі.

Виробники комплектують сучасні моделі відліково-стопорними пристроями, що складаються з мікрометричного гвинта, барабана відліку, зубчастої рейки. Так як ці конструкції вимагають спеціального методу спостережень, сучасні виробники пропонують моделі з автоматичним зніманням, дистанційною передачею даних для запису, подальшої комп'ютерної обробки.

Докладно про те, як працює такий секстант, описує інструкцію, що додається до приладу.

Технічні характеристики

Усі види секстантів дуже схожі. Вони відрізняються лише окремими деталями. Значення кута показується в градусах індексом алідади, а хвилини відліковим барабаном. Штрихи лімба і барабана покриті барвником, що світиться.

Кожен прилад для навігації забезпечується формуляром із технічними характеристиками, результатами визначення інструментальних поправок у лабораторії підприємства. Наводиться також мертвий хід морського секстанта, вказується термін дії поправок, після якого необхідно провести переатестацію інструменту.

При використанні на водних об'єктах рекомендується контроль паралельності труби та лімбу один раз на квартал, перпендикулярності дзеркал щотижня.

Слід враховувати, що 60-градусний сектор, що дав назву інструменту, реально відбиває кути в діапазоні від 0 до 120 градусів, а через використання дзеркал «шкала» звужується точно вдвічі.

Правильне використання – гарантія точності

Секстант як кутомірний інструмент вважається найточнішим із «класичних» приладів. З одного боку, ним визначається вертикальний кут між горизонтом та небесним об'єктом, обраним для розрахунку координат знаходження морського судна.

З іншого боку — визначення горизонтального кута при наземних вимірах.

Для отримання правильних значень висоти необхідно чітке накладання зображень в поворотному дзеркалі.

Моделі кутомірів типу тропікостійкого секстанта снот оснащуються рідинним рівнем або гіроскопом, завдяки чому можна застосовувати прилад без спостереження природної лінії горизонту.

Його можна використати на кораблях необмеженого регіону плавання. Як правильно налаштувати та використовувати секстант виробники описують у паспорті вироби.

Регулювання

Точно виміряти кут світила можна лише за умови правильної установки кутомірного приладу. Щоб переконатися, що секстант розташований вертикально, конструкцію переміщають із боку убік. Це викликає коливання зображення. Прилад правильно встановлений, коли світило знаходиться внизу кривою.

Через високу чутливість конструкції легко збивається його налаштування, тому необхідне часте коригування.

З її допомогою можна усунути помилки:

• великого та малого дзеркала,
• паралельності,
• індексу.

Переваги:

• візування об'єктів здійснюється одночасно,
• простота, швидкість визначення географічних координат,
• точне позиціонування на рівні горизонту та контроль нахилу.

Як зробити секстант самостійно

Для того, щоб зробити найпростіший секстант своїми руками, потрібно склеїти невелику трубку - краще з картону.

З фанерного листа виготовити сектор і алідаду.

З'єднати алідаду з сектором, закріпити болтиком у середині. З іншого боку, зробити рукоятку.

По центру обертання закріпити маленьке дзеркало поверхнею, що відбиває, до спостерігача.

Дзеркало розміром більше і з очищеною від амальгами верхньою половиною закріпити у переднього виступу сектора.

Для вимірювання необхідні знання астрономії, геометрії, тригонометрії.